Radar Aygıtlarının Prensipleri
Resim 1: Radar prensibi (canlandırmalı)
Radar Aygıtlarının Prensipleri
Radar aygıtlarının akustikte olduğu gibi, bir ses dalgasının gözlemciye dönmesine benzer bir prensiple çalışırlar. Örneğin bir kayalık vadide veya mağarada bir nesneye doğru bağırmanız halinde bir yankı işitirsiniz. Dönüş yankısının varış süresi biliniyorsa, sesin havada yayılma hızından hareket ederek sesin çarparak döndüğü nesnenin uzaklığını yani menzilini hesaplayabilirsiniz. Yankı geliş yönü ile nesnenin yeri kabaca tahmin edilebilir. Bir elektromanyetik dalgada ise (Resim. 1 e bkz.); yüksek frekanslı darbenin gönderilmesinden başlayarak dönen ilk yankı işareti arasında geçen süre ölçülür ve elektromanyetik dalgaların yayılma hızından faydalanılarak engel (yani hedef) ile dalgaların çıkış noktası arasındaki uzaklık hesap edilebilir.
Eğer dalgalar belli bir yöne yoğunlaştırılırsa hedefin bulunduğu yerin yönünü de belirlemek mümkündür. Menzil ve yön değerleri ile işaretlerinin yollandığı noktaya göreceli olarak bir nesnenin bulunduğu yer kesin olarak belirlenebilir.
Elektromanyetik dalgalar vasıtasıyla böyle konum tayini yapan aygıtlara RADAR-aygıtları denir. Bu ad İngilizcede yapay olarak türetilmiştir. Radar şu kelimelerin baş harflerinden oluşmaktadır:
RAdio
(Aim)°
(Aim)
Detecting And Ranging
Radyo (Hedef) Algılama ve Menzil Tayini
Bu yapay kelime Kasım 1940 da ABD Donanması korvet kaptanları Samuel M. Tucker ve F. R. Furth tarafından türetildi. 1943 yılında 2. Dünya Savaşındaki Müttefik Kuvvetlerce benimsendi ve sonrasında uluslararası kabul gördü. [1]
Bu kavram elektromanyetik dalgaları yansıtan nesnelerin varlığını algılayan ve bunların menzil, yön ve sıkça yüksekliğini, rotasını ve hızını da ölçebilen elektronik aygıtları ifade eder. Bir radar aygıtı, karanlıkta da yayılabilen ve sis ya da bulutların içinden engelsiz geçebilen elektromanyetik dalgalar sayesinde çok uzaklarda olan, kötü meteorolojik koşullar ya da karanlık nedeniyle insan gözü ile görülemeyen uçak, gemi ve engellerin konumlarını tespit edebilir.
Modern radar aygıtları bir hedefin yankı işaretinden genellikle çok daha fazla bilgi elde edebilir. Ancak radar aygıtının yürütme süresinin ölçülmesini esas alan menzil tayini en önde gelen özelliğidir.
Bir radar aygıtının temel yapısı
Aşağıdaki Resim. 2 de bir birincil radarın çok basitleştirilmiş çalışma prensibi gösterilmektedir. Radar anteni hedefe bir yüksek frekanslı enerji yollar, hedefe çarpan işaret buradan yansır ve radar aygıtındaki alıcı aygıtı tarafından alınır. Anten tarafından alınan elektromanyetik enerjiye yankı işareti denir. Yüksek frekanslı enerji yeterli güce sahip gönderici tarafından üretilir ve tekrardan çok hassas bir alıcı tarafından alınır.
Resim 2: Bir birincil radar blok şeması
Resim 1: Bir birincil radar blok şeması
Resim 2: Bir birincil radar blok şeması (Etkileşimli resim)
Çalışma prensibi
Bir güçlü gönderici çok yüksek frekanslı işaret üretir. Radar anteni gönderim işaretini darbeler halinde yollar ve gönderim darbeleri arasında kalan süre içinde yankı işaretlerinin darbelerini alır. Çok hassas bir alıcıda bu alınan işaretler video işarete dönüştürülür ve istenen yankı işaretinden arzu edilmeyen parazit işaretleri burada ayıklanır. Radar ekranı (görüntü aygıtı olarak burada bir PPI-ekran yankı işaretlerinden elde edilen videoyu görüntüler.
Radar işaretleri geleneksel PPI (Plan Position Indicator) olarak adlandırılan ekranlarda görüntülenir. Bununla beraber çok daha gelişmiş radar görüntüleme sistemleri de bulunmaktadır. Ekranda merkezden kenara doğru, dönen parlak çizgi antenin yönünü ve hedefin yan açısını belirtir.
Uçaklardan yansıyan işaretler serpişirler, yani çok değişik yönlere yansırlar. Radar aygıtı yönündeki yankı işaretine ise genellikle Geri Serpme (backscatter) adı verilir.
Radar bilgileri geleneksel olarak PPI-ekranlarda görüntülenir. Bununla beraber çok daha modern ekranlar da vardır. Bir PPI-ekranda ekran merkezinden kenarına doğru bir parlak çizgi bulunur. Bu çizgi aynı zamanda döner ve söz konusu hedefin menzil ve azimut açısını gösterir.
İşaret akışının blok şeması:
- Gönderici
Bir güçlü gönderici yüksek frekanslı salınımlar (oscillations) üretir.
- Dubleks aygıt
Dubleks aygıt (bir gönderim-alım anahtarlayıcısı) gönderim sırasında yüksek güçlü enerjiyi antene, alım sırasında ise antendeki zayıf yankı işaretlerini alıcıya aktarır.
- Radar anteni
Radar anteni gönderim gücünün darbelerini uzaya yayar.
- Radyo dalgalarının yayılması
Serbest uzayda elektromanyetik dalgalar düz bir çizgide ve sabit bir hızla yayılırlar.
- Yansıtıcı nesne
Elektromanyetik dalgalar daha sonra bir iletken (tercihen) yüzeye çarptığında enerjinin küçük bir bölümü tekrardan radar aygıtı yönünde geriye yansır.
- Radar anteni
Radar anteni gönderim darbeleri arasında kalan boşluklarda yankı işaretlerini alır.
- Dubleks aygıt
Dubleks aygıt alım sırasında zayıf yankı işaretlerini alıcıya aktarır.
- Alıcı
Çok hassas bir alıcı yüksek frekanslı yankı işaretlerini işler, yankı işaretlerinin parazitlerini ayıklar ve bunları bir video işarete dönüştürür.
- Radar ekranı
Radar ekranı (burada: bir PPI-ekran) yankı işaretlerinden elde edilen videoyu görüntüler. Darbeler yürütme zamanı tarafından ne kadar daha geciktirilirse, ekran merkezinden o kadar daha uzakta görüntülenirler.
Bu ekrandaki sapma yönü antenin o anda baktığı yön ile aynıdır.